解特集 : PC 構造物の非破壊検査技術

説

既設 PC 橋の維持管理と非破壊検査
丸山久一＊

既設 PC 橋では，60 年以上にわたって供用されているものがあるが，北陸地方など塩害環境の厳しい地域では，建設後 40年に満たない段階で劣化が著しくなり，架替えに至っているものもある。本稿では，塩害環境にある PC 橋の維持管理，とくに点検や診断において課題となっている事項を述べる。鋼材の発錆状況を点検し，耐荷性能を診断するうえで，ポストテンション方式の PC 橋とプレテンション方式の PC 橋では大きな違いがあり，それぞれについて，非破壊検査に期待されている事項について述べる。
キーワード：PC 橋の維持管理，点検，診断，非破壊検査
PC 橋の不具合の事例として，複数の桁を連結する横締

1．は じ め にめ PC 鋼材の破断については，数多く報告されている。原
因は，PC 鋼材を保護するためのグラウトが十分充填されプレストレストコンクリート（PC）構造の考え方がわておらず，PC 鋼材の腐食が原因となっている。

が国に紹介されてから 75 年以上経ち，具体的な構造物が造られてから 60 年以上が経過している 。この間，設計最近の事例では，コンクリートの長期間にわたる持続変および施工の技術は大きく進歩し，いろいろな機能を有形（乾燥収縮，クリープ）が原因で，PC 橋が想定以上にし，性能を発揮する PC 構造物が建造されている。ただ，大きなたわみを生じていることが報告されている 2，3 ）。

1）

新たなものを造る技術は最初から完璧ではなく，不具合をこれらの事象は，維持管理というより設計で考慮すべき克服しながらより高いレベルに展開するのがつねなので，問題であるかもしれない。ただ，それぞれ設計時点では知その時々には予見できない事象がのちに生じることがあ見が不十分で対応できていなかったために生じたものである。

る。維持管理の観点から言えば，このような予見できなか現在，社会的に関心を集めているのが，PC 構造物の維った事象が生じても，• 日常の供用で不具合が生じない（人・車の安全な通持管理である。一般に，土木構造物に求められる機能はそれほど短期間に変わることはなく，供用期間が長期にわた

行，第三者被害の防止）• 設計上の想定地震や風などで崩壊しない（耐荷力の保るものが多い。とくに，橋梁構造物などは規模が大きくなり，建設に多額の経費を必要とすることから，適切な維持持）管理の下で不具合を少なくし，長期にわたって供用できるように点検し，必要に応じて対策を施すことである。

ことが望まれている。

2．PC 橋の維持管理

3．塩害を受けたポステン桁の調査から分かっ
たこと現存する PC 橋で 60 年を超えて供用されているものも

写真 - 1 は，橋長 300 m の 4 径間連続 PC 箱桁橋で，プあるが，飛来塩分の影響が強い日本海沿岸地域や凍結防止

レキャストブロックカンチレバー工法で架設されたポスト剤の散布量が多い山間部など塩害が厳しい環境に建設されテンション方式の橋梁である 4 ）。この橋梁は，積雪寒冷地

た PC 橋では，建設後十数年で補修が必要となり，40 年もで冬季に大量の凍結防止剤を散布する地域に位置してい経過しないで架替えとなっているものがある。

る。竣工後 37 年の時点で，桁下面に写真 - 2 のような劣化現象が認められたことから，全面的に補修工事を実施した。劣化箇所をはつったところ（写真 - 3），シース管も錆びていて，部分的に欠損していた。シース管の欠損部分をさらに調べたところ，内部の PC 鋼線の一部が破断していることが明らかになった（写真 - 4）。
管理者は，有識者による保全検討委員会を設置して保有＊

耐荷力および補強方法を種々検討し，最終的な判断としてKyuuichi MARUYAMA架け替えることとした。ただ，交通量の多い国道に架かっ長岡技術科学大学名誉教授ている橋であり，新規の建設までに相当の期間を必要とすることから，その間の管理は，外ケーブルによる補強に加えて橋梁の動態モニタリングで行うこととした。

12

プレストレストコンクリート

特集 / 解説
腐食，破断が表面からの目視観察では分からないことである。

4．塩害を受けたプレテン桁の載荷試験から分かったこと
写真 - 5 はプレテンション方式の PC-I 桁橋で，飛来塩
写真 - 14 径間連続 PC 箱桁橋

分による塩害が著しく，架替えとなったものである 5 〜 7 ）。
鋼材の腐食により下フランジに大きなひび割れが認められる（写真 - 6）。

写真 - 2桁底面の鉄筋腐食
写真 - 5

写真 - 3PC-I 桁橋

桁底面のはつり後

写真 - 6

PC-I 桁の劣化状況

桁の残存耐力を調査するため，載荷試験を行うとともに（写真 - 7），解析に用いるために，試験終了後に全 PC 鋼材の腐食状況を定量的に測定した。

写真 - 4

PC 鋼材の腐食破断

詳細な調査結果によると，シース管内のグラウトの未充填区間が広く認められたが，それにも増して，排水枡が詰まっていたり，桁内に配置された排水管が破損していて大量の塩化物を含んだ水が桁内に溢れていたことが判明した。また，箱桁の端部は開放されていたので，そこからも塩水が箱桁内に侵入していた。
維持管理上の第一義的課題は，適切な路面排水処理であ
写真 - 7るが，点検上の課題としては，シース内にある PC 鋼材のVol.56, No.6, Nov. 201413

桁の載荷試験

特集 / 解説
PC 鋼材の配置状態は図 - 1 のようであり，下フランジ内に配置された 34 本の鋼材の軸方向の腐食状況を展開図で示すと図 - 2 のようになる。1 本ごとの鋼材を線で示していて，連続していない線は，非表示の区間で腐食によりPC鋼材鋼材断面が完全に欠損していることを示す。
233（単位：mm）

7040 2520

消失箇所

4‑PCより線φ2.9 2本
2‑PC鋼線φ2.980200

図- 3FEM モデル化

図- 4桁の解析結果

写真 - 8桁の破壊状況

32‑PCより線φ2.9 2本
2‑PC鋼線φ2.94 028

303454 028

404 028307530山側

1218231920 24 27 30
21 25 28 31 33
22 26 29 32 34

6513146 10 15
7 11 16
8 12 179

海側＊下フランジの数字は鋼材番号

図- 1

鋼材番号

3433323130
2928
272625242322212019181716151413121110987654321

桁の断面250
0200

400

600

800

1 000

解析（健全）

1 200200

図- 2

荷重（kN）

支点からの距離（mm）

PC 鋼材の腐食状況解析（文献 5）100

FEM のモデル化に際しては，PC 鋼材が設計時の状態と50実際の腐食状態を考慮して（図 - 3）解析を行っている 5，0。FEM 解析のひび割れおよび破壊時の状況は，試験時の6）

解析（文献 5）150

実験050100150200

中央変位（mm）

状況をよく再現しており（図 - 4，写真 - 8），また，解図- 5析での荷重変位曲線も試験結果をよくシミュレートできて実験結果と解析結果の比較いる（図 - 5）
。この試験では桁の曲げ性状が卓越するように載荷位置を決めている。解析の詳細については参考文ては，PC 鋼材の腐食状況を的確に反映できるならば，現献 5 〜 7）を参照していただきたいが，実験結果からいえ在の FEM 解析技術は非常に精度良く耐荷性能を再現できることは，PC 鋼材が腐食すると，断面欠損だけでなく，るレベルに至っているといえる。

降伏耐力や破断時の伸びも低下することが明らかになって5．非破壊検査に望まれることいる 5 ）。いくつかの評価方法が提案されていて，その違いも図 - 5 に示しているが，曲げ性状が卓越する場合につ⑴いては，あまり大きな違いは認められない。

施工時

これまでも多くの指摘がなされ，種々の改善がなされてこのことから，プレテンション PC 桁の曲げ性状についいるが，ポストテンション方式の PC 橋では，PC 鋼材の14

プレストレストコンクリート

特集 / 解説
腐食を抑制するグラウトの完璧な充填がもっとも重要な課

クリートをはつり，PC 鋼材の錆を除き，必要な補強をし題である。グラウト材料の開発や注入方法の工夫も必須なてかぶりコンクリートを新たに打ち足したとしても，PC事項であるが，施工時あるいは施工後に非破壊検査でグラ鋼材の内側のコンクリートの塩化物イオンは除去されておウトの未充填箇所が分かるとよい。

らず，実際には PC 鋼材の腐食環境はあまり改善されてい

⑵

点

検時

ない。

PC 橋でもっとも重要な要素は PC 鋼材の状態である。

図 - 6 には，日本海の沿岸部で，汀線から 150 m 以内

供用中のプレストレスの管理という点では，PC 鋼材に導にある橋梁の補修・補強に要した経費を示す 8 ）。相対的に入されているプレストレス量，プレテンション方式ではかぶりが小さい PC 橋は，早期に PC 鋼材の腐食が始まる。

PC 鋼材とコンクリートとの付着状態が定量的に測定でき補修・補強の回数も数度に及ぶことが多く，経費も多額にるとよい。導入プレストレスの低下が直ちに PC 橋の不具なっている。

合として現れることは少ないかもしれないが，長期的な予補修・補強の有効な手法を開発することは勿論である測をする上では有用な情報である。

が，PC 橋の長寿命化にとって，点検，診断をより精度よ

第三者被害の防止という観点では，かぶりコンクリートくかつ容易にできる非破壊検査方法の開発はより一層重要と PC 鋼材の付着状況，コンクリートの浮きなどが簡易にである。

計測できるとよい。現状は，コンクリート表面に錆汁などの異変が認められると検査足場を設けてたたき点検を行っ海岸から 150 m 以内にある橋梁ているが，検査足場を設けず離れた位置から検査できると3.5よい。

3.0

累積金額 / 新設費

PC 橋の耐荷性能という観点からは，PC 鋼材の腐食状況を非破壊検査で測定できることが今もっとも望まれていることである。とくに，シース管内に配置されているポストテンション方式の PC 鋼材の腐食状況を測定できる方法の開発が望まれる。自然電位の計測による方法はすでに存在

C 橋 …プレテン T
D 橋 …ポステン
E 橋 …ポステン

2.0

F 橋 …ポステン

1.5

G 橋 …ポステン

1.0

H 橋 …ポステン

0.5

ることと，実橋梁での適用性，精度がまだ十分ではない。

0.0

診

B 橋 …プレテン T

2.5

しているが，コンクリートの含水状態に大きく影響を受け⑶

A 橋 …プレテン T

いずれもプレテンション PC

I 橋 …合成鈑桁
J 橋 …鋼鈑桁
K 橋 …合成鈑桁

0断20

M 橋 …ポステン

40

N 橋 …プレテン T

供用年数（年）

第三者被害を防止するための診断は，目視点検からおおよそ可能である。コンクリートの浮きも大部分は鋼材の腐図- 6橋梁の補修経費

食に起因しているため，先行する錆汁などの現象から推測は可能である。ただし，浮きの具体的な位置はたたき点検
参考文献によるしかない。
耐荷力という観点では，腐食による PC 鋼材の断面欠損

1 ）田村浩一・近藤時夫：コンクリートの歴史，山海堂，1984
2 ）千々和伸浩，杉田がもっとも重要な問題である。勿論，断面欠損が問題になる腐食量であれば，すでに錆汁だけでなく，大きなひび割シミュレーション，コンクリート工学年次論文集，Vol.32，No.1，れも発生しているので，外観からも劣化状態は認められpp.407-412，2010

る。ただ，耐荷力の低下は PC 鋼材の断面欠損量に直接関3 ）日本コンクリート工学会：耐久性力学に基づく収縮影響評価研

わるので，断面欠損が定量的に把握できないと耐荷力の評

究委員会報告書，2012.10
4 ）樋口徳男：高田河川国道事務所における橋梁の延命化対策−名価もできない。

立 大 橋， 能 生 大 橋， 妙 高 大 橋 の 事 例 −， 土 木 施 工，Vol.55，

現状では，コンクリートをはつって PC 鋼材の断面欠損

No.2，pp67-70，2014.2

量を直接測定するしか方法はなく，プレテンション方式の5 ）陸場合，PC 鋼材とコンクリートとの付着を損なうことから，賢，田中泰司，山口貴幸，下村

匠：腐食した PC 鋼より線の機械的性質とプレテンション PC 梁の残存耐力の評価，プはつることができる箇所も非常にかぎられている。PC 鋼

レストレストコンクリート工学会第 21 回シンポジウム論文集，材の腐食による断面欠損が定量的に測定できる非破壊検査

pp.211-216，2012.10
6 ）武田健太，田中泰司：塩害により劣化したプレテンション式橋方法が開発されると，PC 橋の耐荷性能の診断が大きく前桁の有限要素解析，コンクリート構造物の補修，補強，アップ進する。

グレード論文報告集，第 13 巻，pp.243-250，2013.11
7 ）田中泰司・下村

6．お わ り に匠・武田健太・山口貴幸：塩害により腐食劣化が進行したプレテンション桁の耐荷性能評価，プレストレス
トコンクリート，Vol.61，No.3，pp.61-66，2014.6

PC 橋の長寿命化を図るためには，点検，診断に基づい8 ）丸山久一，井林て適切な補修・補強を実施する必要がある。これまでにも康，下村匠，田中泰司：地方自治体における橋梁の効率的な維持管理手法の開発と現実の課題，橋梁と基種々の補修・補強がなされてきているが，補修・補強がど

礎，pp.45-49，2013.11の程度の期間有効に働くかは必ずしも明らかにされてはい【2014 年 8 月 31 日受付】ない。とくに，塩害を受けた場合については，かぶりコン

Vol.56, No.6, Nov. 2014

惠，石田哲也，前川宏一：セメント硬化体中の微視的機構モデルに基づく実 PC 橋の長期間時間依存変形15